从匿名新宠GRIN到旧爱Verge, 透视多种算法的POW共识机制带来的启示

作者: Claire Wu
时间: 2019.1.18

2019年1月18日，BitcoinTalk论坛发表声明称会接受Grin支付。它是除交易所以外，第一个这样做的知名网站。Cobra 称，GRIN 是BitcoinTalk论坛以这种方式认可的首个“山寨币”，即使是比特币闪电网络支付都还没被接受。

GRIN以Bitcoin 2.0的姿态，从去年12月开始，就在各媒体发动了排山倒海的攻势。GRIN 无 ICO、无预挖矿，开发费用依靠社区捐赠。GRIN 的底层协议MinmbleWimble 更充满了传奇色彩，因为MinmbleWimble 是电影《哈利波特》系列电影中学生们预防蛇怪 Basilisk 攻击的结舌咒语。GRIN的创始人和中本聪一样神秘，全部都是匿名贡献者，来自世界各地，有人甚至使用的是《哈利波特》电影里面的人物名称。

当然，GRIN 确实有其独特创新之处。随着比特币交易量的增加，即使它使用了UTXO, 但比特币全节点的存储空间已达到约200G。如果把比特币的UTXO 比喻为我们的钱包，即收入减支出等于我们钱包里的钱，比特币的存储已经非常小。以太坊使用的是传统数据库的模式，大于1TB，比比特币的内存大的多。

相比比特币和以太坊，GRIN采用的是零和验证，输出总和减去输入总是等于零，证明交易没有凭空创造新的资金，而且不会显示实际金额。因此，GRIN 节约了大量的存储空间，它的区块大小与交易量相适配，历史交易仅保留约100字节的交易核（transaction kernel）。

在MimbleWimble中，交易输出通过拥有相对安全的ECC私钥来保证其所有权。然而，不像比特币的交易，是通过使用私钥直接签署来实现，GRIN 的参与交易双方共同创建一个公共多重签名密钥，用于验证交易。系统中没有地址，交易双方共享所谓的“致盲因子”（blinding factor），只有这两方知道他们正在参与这笔交易，但交易双方需要同时在线。（具体的匿名交易实现过程，可访问GitHub的官方说明：相关链接）

Grin 的货币供应量不设上限，呈线性释放，通胀率逐年衰减至无限接近于零。有人认为它更接近现实中的货币政策，但也有人认为这种设计将导致该项目早期通货膨胀率奇高。但根据比特币的经验，早期对GRIN 的需求有可能很容易消化这个高通胀率。

GRIN 创造了兼容两种挖矿模式的算法系統 Cuckoo Cycle，其中包括 GPU 友好的 C29 算法和 ASIC 矿机友好的 C31。很多人认为，这是一种抗ASIC的挖矿算法，借此来鼓励去中心化的挖矿。

但仔细分析，算法中有一个难度调节值称为ar_scale. 较高的ar_scale值意味着采用C29解决方案变得更容易，而较小的值更适合采用C31。创世块的ar_scale 从29开始，然后在每个区块做出调整，目的是尝试将C29和C31奖励，在不同块的高度上达到设计方案所预期的平衡。比如，主网上线时的比例是90％-10％，1年后是 45％-55％，2年后是 0％-100％。

在早期，如果C29的总算力是C31的9倍，那么GRIN 期望ar_scale保持接近权重29。但是C29算力很容易超过C31算力的10倍，这会导致ar_scale的值下跌，从而使C31挖矿更具吸引力，鼓励C31 ASICs 参与挖矿并达到算力平衡。一旦 ar_scale 被推到远高于29，采用 C29 GPU挖矿的竞争力将会大幅度提高。GPU C29挖矿不会和 C31 ASICs 挖矿竞争，也无法取消任何规定的C29奖励。但2年后，将会是100% C31ASICs 挖矿，和比特币的现状一样，GPU 挖矿将完全失去竞争力。

有人认为，在POW 共识机制中，ASIC挖矿是抵抗51%攻击的方法之一。“币看”的疯狂明仔近日发帖指出: “理论上验证了一件事情，有组织的攻击，对现有POW的网络，大概率不用超过51%的算力。”他的这个观点，让我联想到也是采用多种算法的Verge网络被攻击事件。

Verge 也是一种抗ASIC挖矿的匿名加密货币，它对比特币的算法进行了改良，引入了五种算法。其目的是为了确保小型的设备（例如 Macbook）可以参与网络运行，令全节点达到良好的分散性，提升抗攻击的能力。

在 Verge 的挖矿设计里面，要成功地挖掘XVG 区块，每个“下一个”区块必须是不同的算法。例如 scrypt，然后 x17，然后是 lyra ……

由于 Verge 网络允许矿工提交时间戳是2个小时内的区块，因此，恶意的矿工可以利用此功能，首先向网络提交一个时间戳刚好是一个小时前的区块。此时，Verge 网络会“认为”挖掘的最后一个区块是一个小时前的（它符合网络设置2小时的有效期）。恶意矿工随后即时提交了有正确的时间戳，以相同算法生成的区块。如此，这个新的区块将被允许添加到主链上。

这时，网络会这样“思考”: 相隔一个小时才有另一个相同算法的区块生成，最近挖矿有可能太困难了，应该降低难度！同时，因为 Verge 网络的挖矿难度允许每30秒调整一次，因此，恶意矿工不断地用上述的方式重复操作，网络不断地被欺骗，难度不断被降低，令难度降幅超过 99.999999％。提交区块的难度较低意味着更多区块可以被提交，在这种情况下，大概每秒生成一个区块。

常理下，在硬件和资源管理方面，在一个网络上运行两种或多种共识算法必然比运行一种更加困难。具体反映在 Verge 网络，就是每种算法都有不同的难度参数，这个参数可以独立于其他四个参数进行调整。因为系统被蒙骗的原因，令攻击者可以只需要与使用 Scrypt 算法挖矿的矿工进行竞争。因此，要控制整个网络，攻击者所需要的算力可以从整个网络的51％以上降低到11％或更少，因为他只需主宰其他 Scrypt 矿工。

作为加密货币的网红，采用了多项创新技术的GRIN确实是万千宠爱于一身。我们注意到，匿名新宠GRIN与匿名旧爱Verge, 都采用了多于一种算法，并会根据不同的难度参数进行挖矿算法切换。当然，GRIN 比Verge 简单得多。但相对比特币只采用一种算法的网络，它们相对地增加了复杂性，因为不同的算法模型具有不同的强度和弱点，这令系统的安全评估相对地变得困难，并可能会招致不可预知的黑客攻击，从而导致投资者和货币使用者的利益受损，这是投资者需要注意的一个问题。